数控车床主轴箱虚拟装配系统的设计与开发

摘要

近年来，随着世界经济的飞速发展，许多先进制造技术逐渐产生，如敏捷制造、并行工程、虚拟现实、虚拟制造等。虚拟现实技术是一项综合利用计算机图形学、人工智能、仿真技术、多媒体技术、计算机网络、信息处理等多学科领域知识的先进制造技术。目前，虚拟现实技术已经应用于军事、建筑、医疗等多个领域，它在机械领域的应用极大地促进了机械行业的快速发展。虚拟装配技术是虚拟现实的关键技术之一。虚拟装配技术可以很好地解决目前企业机械产品装配环节存在的问题，有助于高校或企业的实践教学或员工培训，具有重要的实用价值。
　　本文以某数控车床主轴箱为研究对象，详细论述了虚拟装配技术的内涵;深入分析了虚拟装配的关键技术包括装配序列规划、装配路径规划以及碰撞检测等;探讨了虚拟装配系统的设计要求、设计方案，以及系统登录界面、主界面、各个功能模块界面的设计;并且探究了数据手套的内部结构，虚拟手的建模原理，数据手套与虚拟手之间的通信机理，以及装配系统其它外部硬件设备如位置跟踪器、立体头盔的原理与应用。具体研究工作如下:
　　(1)针对本系统要解决的实际问题，分析了虚拟装配系统的性能要求包括人机交互性、易使用性、沉浸性等，系统的总体结构以及设计方案;
　　(2)深入分析了虚拟装配系统开发平台的选择包括集成开发工具的选择、虚拟现实软件的选择、三维建模软件的选择等，以及系统外部硬件设备（包括数据手套、立体头盔、投影仪等）的选择;
　　(3)深入分析了虚拟装配序列规划的内涵，常用的装配序列规划方法以及这些方法各自的优缺点比较，在EON Studio中实现装配序列规划的具体方法;
　　(4)详细论述了碰撞检测的原理，几种经典的碰撞检测方法，着重分析了包围盒法的基本原理，几种常用包围盒的优缺点比较，以及在EONStudio中实现碰撞检测的原理与详细流程;
　　(5)阐述了数据手套的种类、组成部分以及工作原理，着重分析了人手的生理结构、关节运动方式、虚拟手的建模原理，数据手套与虚拟手之间的数据通信机理，以及利用虚拟装配系统外部硬件设备实现主轴箱的装配过程;
　　(6)分析了VB与EON Studio的通信原理以及具体实现步骤，并且将虚拟装配系统的主要模块如自动装配模块、手动装配模块、碰撞检测模块、装配序列规划模块、运动仿真模块集成起来，开发出了一个完整的虚拟装配系统，用于企业产品装配环节的研发以及高校的实践教学。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景以及选题的意义

1．2 课题相关技术概述

1．2．1 虚拟现实技术

1．2．2 虚拟装配技术

1．2．3 虚拟制造技术

1．3 课题国内外研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 课题的来源及论文章节安排

1．4．1 课题来源

1．4．2 论文结构安捧

2 虚拟装配系统的总体结构与开发平台的选择

2．1 系统的设计要求

2．2 虚拟装配系统的总体结构

2．3 虚拟装配系统的开发平台

2．3．1 虚拟装配系统开发平台的选择

2．3．2 EON概述

2．3．3 硬件环境配置

2．4 本章小结

3 数控车床主轴箱虚拟装配的关键技术

3．1 主轴箱三维虚拟模型的构建

3．1．1 三维建模工具的选择

3．1．2 3D模型导入EON Studio内的步骤

3．1．3 建立虚拟场景

3．2 虚拟装配序列的规划

3．2．1 虚拟装配序列规划的内涵

3．2．2 常用装配序列规划方法队及各自优缺点

3．2．3在EON Studio中实现序列优化方法

3．3 虚拟装配路径的规划

3．4 碰撞检测技术的研究

3．4．1 碰撞检测的原理

3．4．2 碰撞检测的基本算法

3．4．3 EON Studio中实现碰撞检测的机理与方法

3．4．4 设置碰撞检涓

3．5 多窗口设置以及多角度观测

3．6 其它辅助功能的设置

3．7 本章小结

4 虚拟装配系统的设计

4．1 系统实现功能以及设计方案

4．2 系统主要模块的功能

4．2．1 自动装配模块

4．2．2 手动装配模块

4．2．3 运动仿真模块

4．2．4 碰撞检测模块

4．3 基于Visual Basic的各功能模块集成

4．3．1 Visual Basic与EON Studio的通信原理

4．3．2 把EoaX控件放入VisualBasic中的步骤

4．3．3 系统登录界面的设置

4．3．4 系统主界面的设置

4．3．5 系统备功能揍块界面的设置

4．4 本章小结

5 系统外部硬件装置的研究

5．1 3D立体效果的设置

5．1．1 人眼立体成像的原理

5．1．2 EON中3D效果的设置

5．2 数据手套的设置及应用

5．2．1 数据手套的原理

5．2．2 数据手套的种类

5．2．3 数据手套传感器的位置分布

5．2．4 虚拟手的建模

5．2．5 数据手套与虚拟手之间通信原理

5．3 位置跟踪器的原理及应用

5．4 虚拟现实头盔的应用

5．4．1 虚拟现实头盔

5．4．2 虚拟现实头盎的行业应用

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

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